Titel

Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe, Hochdruckpumpe

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe zur Komprimierung von Kraftstoff mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Hochdruckpumpe zur Komprimierung von Kraftstoff, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2014 200339 Al ist eine Hochdruckpumpe zum Komprimieren von Kraftstoff bekannt, die zum Befüllen eines Pumpenarbeitsraums mit Kraftstoff ein elektromagnetisch ansteuerbares Säugventil umfasst. Das Säugventil weist einen Magnetaktor mit einer ringförmigen Magnetspule zum Einwirken auf einen hubbeweglichen Anker auf, der mit einem in den Pumpenarbeitsraum öffnenden Ventilstößel des Säugventils koppelbar ist. Ferner umfasst der Magnetaktor einen Polkern, der gemeinsam mit dem Anker einen Arbeitsluftspalt begrenzt. Wird die ringförmige Magnetspule bestromt, baut sich ein Magnetfeld auf, dessen Magnetkraft den Anker entgegen der Federkraft einer ersten Feder in Richtung des Polkerns bewegt, um den Arbeitsluftspalt zu schließen. Dabei löst sich der Anker vom Ventilstößel, so dass dieser von einer zweiten Feder in einen Ventilsitz gezogen wird und das Säugventil schließt. Um das Säugventil wieder zu öffnen, wird die Bestromung der Magnetspule beendet, so dass die erste Feder den Anker in seine Ausgangslage zurückstellt. Dabei schlägt der Anker am Ventilstößel an und hebt diesen entgegen der Federkraft der zweiten Feder aus dem Ventilsitz. Bei einem Hub des Ankers dient der Polkern als Hubanschlag. Mit Auftreffen des Ankers auf den Polkern wirken auf diesen hohe Kräfte, die über mit dem Polkern verbundene Bauteile auf ein Gehäuse der Hochdruckpumpe übertragen werden, in welche das Säugventil eingesetzt und mittels einer Verschlussschraube fixiert ist. Da die Kräfte sehr hohe Werte annehmen können, besteht die Gefahr, dass Bauteilverbindungen und/oder Dichtungen, insbesondere im Bereich einer Schweißverbindung des Polkerns mit einer Hülse vorzeitig versagen. Die Folge können Undichtigkeiten und/oder der Funktionsverlust des Säugventils sein.

Um dem entgegen zu wirken, wird in der DE 10 2014200339 Al vorgeschlagen, den Polkern in Richtung des Ankers axial vorzuspannen. Auf diese Weise soll eine außenumfangseitig angeordnete Schweißnaht, über welche die Schweißverbindung des Polkerns mit der Hülse hergestellt ist, entlastet werden. Die Entlastung der Schweißnaht soll zu einer Steigerung der Robustheit der Schweißverbindung führen und auf diese Weise die Gefahr von Undichtigkeiten in diesem Bereich mindern.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die dynamische Belastung einer Hochdruckpumpe im Bereich eines Säugventils der Hochdruckpumpe zu senken. Auf diese Weise soll die Robustheit der Hochdruckpumpe gesteigert werden.

Zur Lösung der Aufgabe werden das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie die Hochdruckpumpe mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Offenbarung der Erfindung

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zum Betreiben einer Hochdruckpumpe, die der Komprimierung von Kraftstoff dient. Bei dem Verfahren wird zum Befüllen eines Pumpenelementraums mit Kraftstoff ein elektromagnetisch betätigbares Säugventil verwendet, das einen hubbeweglichen Ventilstößel und einen mit dem Ventilstößel koppelbaren Anker umfasst. Zum Betätigen des Säugventils wird eine ringförmige Magnetspule bestromt, so dass ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Magnetkraft den Anker entgegen der Federkraft einer Ankerfeder in Richtung eines Polkerns bewegt, der dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Erfindungsgemäß wird die Bewegung des Ankers in Richtung des Polkerns magnetisch gebremst.

Durch das magnetische Bremsen verringert sich die Geschwindigkeit des Ankers, wenn dieser sich auf den Polkern zu bewegt. Entsprechend verringern sich die Kräfte, die beim Anschlägen des Ankers am Polkern in diesen eingeleitet und an die übrigen Bauteile weitergeleitet werden. In der Folge verringert sich die Belastung der Bauteile und Bauteilverbindungen. Auf diese Weise kann Undichtigkeiten im Bereich der Bauteilverbindungen entgegengewirkt werden.

Die eingangs genannten Nachteile können somit vermieden werden. Durch das magnetische Bremsen des Ankers kann ferner die Geräuschentwicklung beim Auftreffen des Ankers auf den Polkern verringert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mit Hilfe der Magnetspule neben einem Hauptmagnetfluss ein Nebenmagnetfluss erzeugt, über den der Anker magnetisch gebremst wird. Zur Durchführung des Verfahrens muss demnach kein zusätzlicher Elektromagnet eingesetzt werden, so dass der konstruktive Aufwand und der Bauraumbedarf unverändert bleiben. Der Nebenmagnetfluss kann abschnittsweise mit dem Hauptmagnetfluss zusammenfallen. Vorzugsweise ist der Nebenmagnetfluss gegenüber dem Hauptmagnetfluss erweitert bzw. erstreckt sich über weitere Bauteile, wie beispielsweise einem Gehäuseteil der Hochdruckpumpe, in welches das Säugventil integriert ist. Der Hauptmagnetfluss kann beispielsweise über einen die Magnetspule aufnehmenden Ventilkörper, den Anker, den Polkern und eine die Magnetspule umgebende Magnethülse führen. Demgegenüber kann der Nebenmagnetfluss erweitert sein und insbesondere den Ventilstößel des Säugventils in den Magnetkreis mit einbeziehen. Zwischen dem Ventilstößel und dem Anker wirkt somit eine Magnetkraft, welche den Anker in Kontakt mit dem Ventilstößel hält, so dass die Bewegung des Ankers gebremst wird.

Vorteilhafterweise wird ein Säugventil mit einem Ventilstößel verwendet, der zumindest bereichsweise aus einem magnetischen Material gefertigt ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der Nebenmagnetfluss über den Ventilstößel führt. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Nebenmagnetfluss über ein zumindest bereichsweise aus einem magnetischen Material gefertigtes Gehäuseteil der Hochdruckpumpe geführt wird. Somit kann das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe in den Magnetkreis mit einbezogen bzw. der Nebenmagnetfluss auf das Gehäuseteil erweitert werden. Vorzugsweise ist das Säugventil in dieses Gehäuseteil integriert. In diesem Fall wird der Ventilsitz des Säugventils durch das Gehäuseteil der Hochdruckpumpe ausgebildet und der mit dem Ventilsitz zusammenwirkende Ventilstößel ist über das Gehäuseteil geführt. Der Nebenmagnetfluss kann somit vom Gehäuseteil direkt auf den Ventilstößel übergehen.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird zum Befüllen des Pumpenelementraums der Hochdruckpumpe ein Säugventil mit einem Ventilstößel verwendet, der zumindest bereichsweise aus einem permanentmagnetischen Material gefertigt ist, so dass die Bewegung des Ankers in Richtung des Polkerns mit Hilfe der Magnetkraft des Ventilstößels magnetisch gebremst wird. Ein mittels der Magnetspule erzeugter Nebenmagnetfluss ist in diesem Fall entbehrlich, da die zum magnetischen Bremsen erforderliche Magnetkraft durch den Ventilstößel realisiert wird. Die Magnetkraft des Ventilstößels besitzt ferner den Vorteil, dass diese unabhängig von der Bestromung der Magnetspule besteht, so dass diese auch in umgekehrter Bewegungsrichtung des Ankers wirkt und zwar in der Weise, dass die Bewegung des Ankers eine Beschleunigung erfährt. Auf diese Weise kann zugleich das Öffnen des Säugventils beschleunigt werden.

Bevorzugt wird der Ventilstößel in Richtung eines Ventilsitzes von der Federkraft einer Schließfeder beaufschlagt, deren Federkraft kleiner als die der Ankerfeder ist. Mit Hilfe der Ankerfeder kann demnach das Säugventil geöffnet werden, wenn die Bestromung der Magnetspule beendet wird und der Anker durch die Ankerfeder in Richtung des Ventilstößels bewegt wird, bis dieser am Ventilstößel anschlägt und den Ventilstößel aus dem Ventilsitz hebt.

Des Weiteren bevorzugt wird das Säugventil zum Zumessen einer definierten Kraftstoffmenge in den Pumpenelementraum in Abhängigkeit vom Hub eines Pumpenkolbens der Hochdruckpumpe angesteuert. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand nur die Menge zugemessen und mittels der Hochdruckpumpe komprimiert werden, die tatsächlich benötigt wird.

Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird darüber hinaus eine Hochdruckpumpe zum Komprimieren von Kraftstoff vorgeschlagen. Die Hochdruckpumpe weist einen Pumpenelementraum auf, der über ein elektromagnetisch betätigbares Säugventil mit Kraftstoff befüllbar ist. Das Säugventil umfasst einen hubbeweglichen Ventilstößel, einen mit dem Ventilstößel koppelbaren Anker sowie eine ringförmige Magnetspule zum Betätigen des Säugventils. Mit Hilfe der Magnetspule ist ein Magnetfeld erzeugbar, über dessen Magnetkraft der Anker entgegen der Federkraft einer Ankerfeder in Richtung eines Polkerns bewegbar ist, der dem Anker an einem Arbeitsluftspalt gegenüberliegt. Erfindungsgemäß sind der Ventilstößel und ein Gehäuseteil der Hochdruckpumpe zumindest bereichsweise aus einem magnetischen Werkstoff gefertigt. Vorzugsweise ist in das Gehäuseteil das Säugventil integriert. In diesem Fall bildet das Gehäuseteil eine Führung und einen Ventilsitz für den Ventilstößel des Säugventils aus. Da das Gehäuseteil und der Ventilstößel aus einem magnetischen Material gefertigt sind, kann mit Hilfe der einen Magnetspule neben einem Hauptmagnetfluss ein Nebenmagnetfluss erzeugt werden, der über das Gehäuseteil und den Ventilstößel führt. Gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren kann somit über den Ventilstößel eine Magnetkraft auf den Anker ausgeübt werden, die den Anker bremst, wenn dieser sich in Richtung des Polkerns bewegt. Dadurch sinkt die Belastung des Polkerns und der mit dem Polkern verbundenen Bauteile, wenn der Anker am Polkern anschlägt. Mit Hilfe der vorgeschlagenen Hochdruckpumpe werden demnach die gleichen Vorteile wie mit Hilfe des zuvor beschriebenen Verfahrens erreicht.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe ist der Ventilstößel des Säugventils zumindest bereichsweise aus einem permanentmagnetischen Material gefertigt. Die zum magnetischen Bremsen über den Ventilstößel auf den Anker ausgeübte Magnetkraft wird somit allein über den Ventilstößel bewirkt, und zwar dauerhaft. Auf diese Weise kann zum einen der konstruktive Aufwand weiter gesenkt werden. Zum anderen kann mittels der Magnetkraft des Ventilstößels das Öffnen des Säugventils beschleunigt werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Hochdruckpumpe im Bereich eines integrierten elektromagnetisch betätigbaren Säugventils gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 1 im Bereich der Magnetspule des Säugventils und

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein in eine Hochdruckpumpe integriertes Säugventil gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Fig. 1 dargestellte Hochdruckpumpe 1 zum Komprimieren von Kraftstoff weist einen in einem Gehäuseteil 12 ausgebildeten Pumpenelementraum 2 auf, der über ein elektromagnetisch betätigbares Säugventil 3 mit Kraftstoff befüllbar ist. Der im Pumpenelementraum 2 aufgenommene Kraftstoff wird im Förderbetrieb der Hochdruckpumpe 1 mit Hilfe eines hubbeweglichen Pumpenkolbens 15 komprimiert und anschließend über ein Auslassventil 17 aus dem Pumpenelementraum 2 abgeführt.

Das Säugventil 3 ist in das Gehäuseteil 12 der Hochdruckpumpe 1 integriert. Das heißt, dass das Gehäuseteil 12 einen Ventilsitz 13 für einen in den Pumpenelementraum 2 öffnenden Ventilstößel 4 ausbildet. Andernends ist der Ventilstößel 4 von einer Schließfeder 14 umgeben, die den Ventilstößel 4 in Richtung des Ventilsitzes 13 vorspannt. Der Ventilstößel 4 ist mit einem Anker 5 koppelbar, der vorliegend mehrteilig ausgeführt und mittels einer Ankerfeder 7 gegen den Ventilstößel 4 vorgespannt ist. Da die Federkraft der Ankerfeder 7 größer als die der Schließfeder 14 ist, hält die Ankerfeder 7 das Säugventil 3 geöffnet. Zum Schließen des Säugventils 3 ist eine ringförmige Magnetspule 6 vorgesehen, die den Anker 5 abschnittsweise umgibt. Wird die Magnetspule 6 bestromt, bildet sich ein Magnetfeld aus, dessen Magnetkraft auf den Anker 5 wirkt und diesen in Richtung eines Polkerns 8 bewegt, der dem Anker 5 an einem Arbeitsluftspalt 9 gegenüberliegt. Dabei löst sich der Anker 5 vom Ventilstößel 4, so dass die Schließfeder 14 den Ventilstößel 4 in den Ventilsitz 13 zu ziehen vermag. Zum erneuten Öffnen des Säugventils 3 wird die Bestromung der Magnetspule 6 beendet, so dass die Ankerfeder 7 den Anker 5 in seine Ausgangslage zurückstellt. Dabei schlägt der Anker 5 am Ventilstößel 4 an und hebt diesen aus dem Ventilsitz 13.

Der Hub des Ankers 5 wird vorliegend durch den Polkern 8 begrenzt. Der Anker 5 schlägt somit am Polkern 8 an. Dies führt zu eine hohen Belastung des Polkerns 8 sowie einer Schweißverbindung zwischen einer Hülse 16 und dem Polkern 8. Da andernends die Hülse 16 über eine Schweißverbindung mit einem Ventilkörper 18 des Säugventils 3 verbunden ist, ist auch diese Verbindung einer hohen Belastung ausgesetzt. Die Schweißverbindung kann aufgrund der Belastung auf Dauer undicht werden.

Um dies zu verhindern, sind vorliegend der Ventilstößel 4 des Säugventils 3 und das Gehäuseteil 12 der Hochdruckpumpe 1 jeweils aus einem magnetischen Material gefertigt. Wie beispielhaft in der Fig. 2 dargestellt, führt demnach bei einer Bestromung der Magnetspule 6 ein erster Hauptmagnetfluss 10 über einen die Magnetspule 6 aufnehmenden Ventilkörperl8, den Anker 5, den Polkern 8 und eine die Magnetspule 6 umgebende Magnethülse 19, während sich zugleich ein Nebenmagnetfluss 11 - unter anderem - über das Gehäuseteil 12 und den Ventilstößel 4 erstreckt. Der Nebenmagnetfluss 11 hat den Effekt, dass über den Ventilstößel 4 eine Magnetkraft auf den Anker 5 wirkt, die den Anker 5 in seiner Bewegung in Richtung Polkern 8 abbremst. Der Anker 5 trifft demnach weniger hart auf den Polkern 8 auf, so dass die Belastung des Polkerns 8 sowie die der Schweißverbindungen an der Hülse 16 verringert werden. Entsprechend steigt die Robustheit des Säugventils 3 bzw. der Hochdruckpumpe 1.

In der Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochdruckpumpe 1 dargestellt. Hier wird der Anker 5 durch eine Magnetkraft F gebremst, die durch den Ventilstößel 4 erzeugt wird, da dieser vorliegend aus einem permanentmagnetischen Material gefertigt ist. Die Magnetkraft des Ventilstößels 4 wirkt unabhängig von einer Bestromung der Magnetspule 6, so dass hierüber zugleich ein schnelles Öffnen des Säugventils 3 sichergestellt ist.